提升电池快充性能,电解液在其中扮演什么角色?

锂电数码书 2024-08-15 16:26:47

当下,随着新能源汽车渗透率接近50%,消费者对新能源汽车的续航需求的提升越来越迫切。一方面,是续航能力的提升,即使跑高速也不至于打折太多;另一方面,是补能速度的提高,能够一改过往动辄四五十分钟才能充满电的状况,10分钟充满电是所有新能源车主共同的愿景。

锂离子电池作为新能源汽车的“心脏”,其核心结构大致分为正极、电解液、隔膜、负极等,隔膜将正极与负极分隔开,然后电解液充当正极与负极之间离子运动的载体。

充电时,锂离子从正极脱出并穿过隔膜在电解液中向负极移动并最终嵌入到负极中,此时负极材料嵌入锂离子而存储了能量;放电时,锂离子从负极脱出经过电解液又回到正极之中,此时电池就释放出负极所存储的能量。

很明显,锂离子电池的“摇椅式”工作原理,不论充电还是放电都离不开电解液这个载体,电解液承载了锂离子在电极之间的可逆迁移。

因此,锂离子在电解液中迁移速度加快,也就意味着充放电的时间可以大幅缩短。试想一下,锂离子电池就像是一座城市的交通,电解液就是一条条马路,锂离子则是这条马路中运行的一辆辆汽车,它们充电时就像是在马路上行驶(从正极到负极)。

电解液的性能,尤其是它的物理和化学特性,影响到锂离子的流动速度。为了加快锂离子的流动,电池企业正在探索多种方法,包括调整电解液的成分和浓度。

首先,电解液中的溶剂种类对锂离子的传输速度至关重要。目前,常用的溶剂有链状和环状结构的碳酸酯类和羧酸酯类,这些溶剂的熔点和黏度会影响锂离子的扩散速度。电解液溶剂在常温下熔点越低,黏度越小。当电解液的黏度越低时,离子导电性越强,锂离子自扩散系数也就越高,因此该电解液能够提高电池的快充性能。

其次,电解液的浓度也是一个关键因素。研究发现,提高电解液的浓度可以显著提高锂离子的自扩散系数,这就好比增加了通道的宽度,让锂离子能够更快地通过,进而提高了锂离子电池的快充性能。

此外,电解液的离子迁移数也对快充倍率起到重要影响。离子迁移数大的电解液能够在相同的充电状态下承受更高的充电倍率,这就像是在交通高峰期,更高效的交通指挥能够确保车辆快速通过。

还有一点,不同溶剂配方的电解液中锂离子导电性也并不相同,也就对电池的快充性能呈现不同的影响。最后,通过长期循环稳定性测试,研究者们发现某些电解液配方能够提高电池的循环稳定性和放电容量,同时抑制电池负极的析锂现象,进一步提高快充性能。

锂离子电池作为车辆的能源核心,其电解液的性能优化是实现快充目标的重要途径。通过改良溶剂种类、调整电解液浓度、提升离子迁移数以及优化溶剂配方,能够有效提高锂离子在电解液中的迁移速度,从而缩短充电时间。

这些技术改进不仅提升了消费者的使用体验,也为电动汽车的长途旅行提供了更佳的续航、补能体验。

文章来源:纯电侠电池有态度

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